Введение к работе
Актуальность работы. Успехи, достигнутые в последние десятилетия биотехнологией, привели к возможности использования ферментов во многих областях химической технологии, развитие которых повышает практическую ценность самой биотехнологии. Биотехнологические процессы существенно расширили возможности производств в пищевой, текстильной и целлюлозно-бумажной промышленности. Ферментативное превращение целлюлозы перспективно не только с точки зрения создания самостоятельных малоотходных технологий, но и с позиции борьбы за экологическую безопасность различных производств целлюлозно-бумажной и текстильной промышленности. Ферментативный катализ находит применение при обработке макулатурной бумажной массы и хлопчатобумажных тканей, что позволяет заменить собой токсичные соединения хлора - на экологически безвредный пероксид водорода. Однако выбор ферментов (пульпозима, протеазы, целловиридина), используемых в технологии беления целлюлозных материалов в щелочных растворах пероксида водорода, сложился скорее стихийно, нежели научно обоснованно.
При этом остается неясным вопрос о механизме разрушения и долговечности в таких растворах композиционных материалов на основе целлюлозы в присутствии ферментов. Эго объясняет актуальность постановки данной работы, так как снижение долговечности композиционных материалов на основе целлюлозы в результате их технологически необходимой обработки пероксид-но-щелочными растворами требует установления причин разрушения таких материалов в агрессивных средах для их устранения.
Целью данной диссертационной работы являлось исследование влияния названных ферментов на долговечность и характер разрушения композиционных материалов на основе целлюлозы и кислородсодержащих полимеров в отбеливающих окислительно-восстановительных растворах и изучение поведения ферментов в таких системах в присутствии солей металлов, являющихся энергичными модификаторами свойств гидрофильных полимеров. Необходимость более подробного исследования действия солей металлов на полимерные системы в присутствии ферментов вызвана также известным фактом влияния некоторых солей на каталитическую активность ферментов.
Задачи исследования:
разработка метода определения долговечности композиционных полимерных материалов в окислительно-щелочной среде, содержащей соли металлов и ферменты;
выяснение причин разрушения бикомпонентной полимерной системы на основе целлюлозы в агрессивной среде;
исследование влияния агрессивной среды, содержащей добавки, на степень полимеризации в композиционном материал целлюлозы;
исследование влияния катионов металлов на активность ферментов по отношению к целлюлозным материалам;
изучение составов комплексов, образуеи»й*^{5Щ2ЙІЇГЕТатионами металлов | бНБЛйвпкд і
'. siaiM
Методика данной работы предусматривает проведение теоретических и экспериментальных исследовании, первые из которых заключались в изучении и анализе сведений литературы о композиционных полимерных материалах и биотехнологических процессах. Экспериментальные исследования базировались не только на использовании уже апробированных, хорошо известных аналитических и химических методах, но и на новом специально разработанном методе определения долговечности целлюлозных материалов в агрессивных средах. Экспериментальные работы были проведены на кафедре общей и неорганической химии Московского государственного текстильного университета им. А.Н.Косыгина. Методы исследования:
метод определения долговечности целлюлозных материалов и кислородсодержащих полимеров в агрессивных средах;
методы (тригонометрии) определения концентрации свободных ионов хрома(Ш) и алюминия в растворах;
метод тригонометрии определения устойчивости и состава комплексов катионов металлов с ферментами [Ме„ Ф];
метод (иодометрии) определения активности ферментов;
метод (вискозиметрии) определения степени полимеризации целлюлозных материалов на основе целлюлозы;
метод (рН -метрия, перманганатометрия, ацидометрия) определения характеристик окислительно-щелочных растворов;
метод определения концентрации свободных ионов кальция, магния, никеля, кобальта, меди в растворах;
- метод (фотометрии) определения белизны целлюлозных материалов.
Научная новизна работы заключается в установлении причин разру
шения различных композиционных материалов на основе целлюлозы под дей
ствием щелочного раствора пероксида водорода и в определении влияния
ферментов и солей металлов на долговечность таких материалов в окисли
тельно-щелочной среде. В работе впервые определены составы и константы
устойчивости, образующихся в растворе металло-ферментных комплексов, и
показано изменение активности ферментов по отношению к композиционным
материалам, происходящее при этом.
Практическая значимость Все более расширяющееся использование биологических катализаторов в процессах химической обработки композиционных материалов на основе целлюлозы и других кислородсодержащих полимеров (бумаги, хлопчатобумажных тканей и т. п.) требует поиска путей снижения их негативного действия на долговечность таких материалов. В работе показана возможность достижения этого за счет введений в раствор солей определенных металлов, а также даны практические рекомендации - применение каких ферментов следует избегать из-за возможной деструкции макромолекул целлюлозы в определенных видах целлюлозных материалов. При этом установлены оптимальные концентрации в окислительно-щелочном растворе тех катионов металлов, которые повышают каталитическую активность ферментов.
Апробация работы
Основные положения и результаты работы доложены:
на Всероссийской научно-технической конференции «Текстиль-99» «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности», 23-24 ноября 1999 г., МГТУ им. АЛ.Косыгина, г. Москва;
на Международной научно-технической конференции «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности» («Прогресс-2002»), 19-20 мая 2002г., г.Иваново
на Всероссийской научно-технической конференции «Текстиль-2002» «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности», 23-24 ноября 2002 г., МГТУ им. А.Н.Косыгина, г. Москва;
на Всероссийской научно-технической конференции «Текстиль-2003» «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности», 23-24 ноября 2003 г., МГТУ им. А.Н.Косыгина, г. Москва;
на Международной научно-технической конференции «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности» («Прогресс-2004»), 25-28 мая 2004г., г.Иваново
на семинаре МХО «Модификация ВМС неорганическими соединениями» секции неорганическая химия. МГТУ им. А.Н.Косыгина, кафедра ОНХ, 23 ноября 2003г
на Научном семинаре Московского Менделеевского химического общества с докладом «Влияние ферментов и солей металлов на долговечность композиционных материалов на основе целлюлозы в окислительно-щелочных растворах», 18.10.2004, МГГУ, кафедра ОНХ
Структура и объем работы
